CN201061124Y - 油井智能终端系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种抽油机油井、电泵井以及注水泵站等电机的节能装置，特别涉及一种实时采集参考数据的油井智能终端系统。其技术方案是：由控制箱和监控系统终端组成，在控制箱内设有动态节能电路，动态节能电路主要由多路数据采集端口、模数转换器、微处理器、接近开关和监控系统终端组成；有益效果是：不但高效节能，还取代了电机原有的电能综合计量箱，并能实时把测量参数通过无线网络远传到中心服务器，中心服务器将接收到的上述参数生成数据库和曲线报表，对传回的参数进行分析和处理，并对有故障的设备进行声光报警，为值班人员管理油井生产提供了依据；同时，为油田实时了解油井的生产状况提供了有力的保障。

Description

油井智能终端系统

一、技术领域：

本实用新型涉及一种抽油机油井、电泵井以及注水泵站等电机的终端系统，特别涉及一种实时采集参考数据的油井智能终端系统。

二、背景技术：

以往用在油井上的普通控制柜，大多数由一个电力变压器、一个大空气开关、一个交流接触器、一个电机综合保护器和一个外箱体组成，控制柜只起简单的开停井作用，无法实时监测油井井口和电机的参数，也无法实现对示功图和电流图的实时采集，为了完成用电的计量，有的油井还在控制柜的前面加了一个计量箱，这样一个油井上会出现两个箱体。由于没有监测油井的参数和实时测试功图，也就无法及时进行调试参数，往往出现问题后才采取措施，造成油井电能浪费严重，配套能力低，油井时率低，作业频繁、严重制约生产的发展。

三、发明内容：

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种利用微处理器控制及信息传输技术来实现油井的自动化管理的油井智能终端系统。

其技术方案是：主要由多路数据采集端口、模数转换器、微处理器、接近开关和监控系统终端组成；其中，由多路数据采集端口采集模拟信号，经过模数转换器信号送到微处理器系统，通过接近开关信号采集抽油机的下死点，在一个冲程内微处理器采集出功图数据，微处理器同时通过交流数采模块相连采集电参数，并将采集的数据保存，而一个微处理器根据采集的数据，经过接口实现对变频器频率的变化，最后在监控系统终端实时显示井口温度、井口回压、井口套压、示功图，电机的电压、电流、功率、功率因素、累计电度、电机温度等参数，供用户使用查看；同时另一个微处理器把采集的电压电流与初始设置的参数进行比较，如果采集的参数大于设置的参数，就进行过压过流及缺相停机保护。

较为详细的技术方案为：在现场通过CFBH系列荷重变送器采集模拟信号送到AD转换器MAX186，经过MAX186转换的数字信号送到左边的微处理器89C55WD，SBL-R18-8DNA接近开关信号采集抽油机的下死点，在一个冲程内微处理器采集出功图数据，微处理器同时通过RS485与STC-3交流数采模块相连采集电参数，并将采集的数据保存在双口RAM IDT7132中；右边的微处理器89C55WD根据双口RAM IDT7132采集的载荷值，经过RS485接口实现对变频器频率的变化，最后在监控系统终端液晶显示器分三屏实时显示井口温度、井口回压、井口套压、示功图，电机的电压、电流、功率、功率因素、累计电度、电机温度等参数，供用户使用查看；同时左边的微处理器把采集的电压电流与初始设置的参数进行比较，如果采集的参数大于设置的参数，就进行过压过流及缺相停机保护。

本实用新型的有益效果是：能实时把测量参数通过无线网络远传到中心服务器，中心服务器将接收到的上述参数生成数据库和曲线报表，对传回的参数进行分析和处理，并对有故障的设备进行报警，为值班人员管理油井生产提供了依据；同时，为油田实时了解油井的生产状况提供了有力的保障。

四、附图说明：

附图1是本实用新型的系统流程框图；

附图2是本实用新型的多路控制端的电路原理图；

附图3是本实用新型的微处理器与交流数采模块STC-3的通讯电路原理图；

附图4是本实用新型的多路数据采集端口的电路原理图；

附图5是本实用新型的显示控制部分的电路原理图；

附图6是本实用新型的接近开关传感器信号采集电路原理图；

附图7是本实用新型的微处理器和数据存储器IDT7132电路原理图。

五、具体实施方式：

结合附图1-7，对本实用新型作进一步的描述：

主要由CFBH系列荷重变送器、AD转换器MAX186、两个微处理器89C55WD、接近开关SBL-R18-8DNA、RS485、STC-3交流数采模块和双口RAM IDT7132等组成，在监控端设有终端液晶显示器，电路参照附图2-7。

在现场通过CFBH系列荷重变送器采集模拟信号送到AD转换器MAX186，经过MAX186转换的数字信号送到左边的微处理器89C55WD，SBL-R18-8DNA接近开关信号采集抽油机的下死点，在一个冲程内微处理器采集出功图数据，微处理器同时通过RS485与STC-3交流数采模块相连采集电参数，并将采集的数据保存在双口RAM IDT7132中；右边的微处理器89C55WD根据双口RAM IDT7132采集的载荷值，经过RS485接口实现对变频器频率的变化，最后在监控系统终端液晶显示器(WGM-240128B2)分三屏实时显示井口温度、井口回压、井口套压、示功图，电机的电压、电流、功率、功率因素、累计电度、电机温度等参数，供用户使用查看；同时左边的微处理器把采集的电压电流与初始设置的参数进行比较，如果采集的参数大于设置的参数，就进行过压过流及缺相停机保护。这样在油井上既实现了单井的用电计量，又能通过终端液晶显示器直观查看功图曲线、电流曲线，还完成对抽油机的综合节能，从而极大提高油井的经济效益。

使用原理：在高效节能装置上通过键盘输入正常频率、最小载荷、最高频率、最低频率，它能根据实时采集的载荷或者示功图进行分析处理。在一个冲程内只要高效节能装置采集的载荷大于最小载荷，抽油机按正常频率运行；如果采集的载荷小于最小载荷，动态节能装置将在最高频率和最低频率之间分成多段运行。对于上下不平衡的油井，抽油机在下行时如果负荷比较轻，动态节能装置控制抽油机按不同的段频率以较慢的速度运行，抽油机在上行时如果负荷比较重，动态节能装置控制抽油机按不同的段频率以较快的速度运行，实现抽油机的动态调频和跟踪；达到抽油机上行快、下行慢的目的，减少空抽，提高泵效，从而节约能源，有的甚至还能提高采油量。这种高效节能装置尤其适用于稠油、高稠油和粘油油井，一旦检测到负荷很轻或者脱抽，它能控制抽油机以最低频率或者停止等待运行，对光杆下不去的油井能有效防止抽油机出现脱抽，同时它能实时准确地监测抽油机电机的各种电参数及油井其他参数(如井口压力、井口温度、电机温度、示功图等)。对于800型及以上的高原机(皮带机)配备了速度控制器，它能控制高原机(皮带机)在出现异常的情况下启动直线电机进行紧急刹车，保证高原机(皮带机)不受损害。该系统还能够通过GPRS无线通讯方式将数据传到中心站计算机，中心站计算机将上述各种参数形成数据表格和曲线进行显示，并根据初始参数的设置对超过上下限的监控参数进行声光报警及实时现场遥控启停和远程遥控启停，极大的方便用户使用和提高对油井的管理水平。

具体监控系统的终端主要器件型号和处理方法：

(1)处理器(CPU)：89C55WD；(2)看门狗：MAX813；(3)传感器：载荷传感器、接近开关传感器；(4)模/数转换器：MAX186；(5)显示器(液晶显示器)：WGM-240128B2；(6)数据锁存器：74HC573；(7)数据存储器：IDT7132；(8)滤波电路：RC滤波电路；

详细如下：(1)处理器选择：

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强等优点，故可广泛应用于各类仪器仪表中(包括温度、湿度、流量、流速、测距、液位、电压、频率、功率、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等的测定)。引入单片机使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能大大提高，例如：精密数字温度计、智能电度表、智能流速仪、微机多功能PH测试仪等等。

用单片机可以构成各种工业测控系统、自适应控制系统、数据采集系统等。例如：单片机控制电镀生产线、温室人工气候控制、报警系统、PC微机和单片机组成的二级计算机控制系统等。尽管单片机的种类繁多，但无论是从世界范围还是从国内范围来看，使用最为广泛的应该数MCS51系列单片机，具体电路参照附图6。

(2)看门狗：防止系统死机或电压不足时处理器发出错误信号。

复位、看门狗及电源监控由MAX813芯片来完成。油井节能实时综合监控系统终端在运行过程中，由于干扰等各种因素的影响。有可能出现死机现象导致设备无法正常营运。为了克服这一问题，除了充分利用CPU本身的看门狗定时器外，还需外加看门狗电路。MAX813的主要特点如下：(a)系统上电、掉电以及供电电压降低时，第7脚产生复位输出，复位脉冲宽度的典型值为200ms，高电平有效，复位门限为4.65V。(b)如果在1.6s内没有触发该电路(即第6路无脉冲输入)，则第8脚输出一个低电平信号，即看门狗电路输出信号。(c)手动复位输入，低电平有效，即第1脚输入一个低电平，则第7脚产生复位输出。(d)具有1.25V门限值检测器，第4脚为输入，第5脚为输出。实际应用时，将第1脚与第8脚相连，第7脚接CPU的复位脚(89C55的第9脚)，第6脚与CPU的P1.7相连。在运行过程中，P1.7不断输出脉冲信号。如果因某种原因CPU进入死循环，则P1.0无脉冲输出。于是1.6秒后在MAX813的第8脚输出低电平，该低电平加到第1脚，使MAX813产生复位输出，使CPU有效复位，摆脱死循环的困境。另外，当电源电压低于门限值4.65V时，MAX813也产生复位输出，CPU处于复位状态，不执行任何指令，直到电源电压恢复正常，因此可有效防止因电源电压较低时CPU产生错误的动作。

(3)模拟/数字转换器：油井节能实时综合监控系统从现场采集信息为模拟信号，需转换成数字信号才能送到处理器处理。本系统采用MAXIM公司的低功耗、八路、串行、12位转换芯片-MAX186。

MAX18是美国MAXIM公司设计的一系列12位串行A/D转换器，包含MAX186、MAX187、MAX188和MAX189，其内部集成了大带宽跟踪/保持电路和串行接口。其中，MAX186/MAX188内部还集成了8通道多路开关，故转换速率高且功耗低，特别适合对体积、功耗和精度有较高要求的便携式智能化仪器仪表产品。

MAX18的特点：(a)12位分辨率；(b)8通道单端或4通道差分输入，输入极性可用软件设置；(c)单一5v(MAX187/189)或5v工作电压，工作电流1.5mA，关断电流2A；(d)内部跟踪/保持电路，133ksps采样速率(MAX186/188)，75ksps采样速率(MAX187/189)；(e)内部4.096v基准电压(MAX186)，与SPI、Microwire和TMS320兼容的4线串行接口(MAX187/189为三线串行接口，与SPI、QSPI及Microwire兼容)；(f)1/2LSB整体非线性度(MAX187/189)。

(4)液晶显示器：由于本系统是油井节能实时综合监控系统的扩展功能模块，实时监控系统需要存储、显示大量的数据信息，因此采用液晶显示器更直观、方便进行处理。本系统采用深圳精锐通实业有限公司生产的WGM240128B2液晶显示器；具体电路参照附图6：

由于单片机的P0口分时输出底8位地址和数据，故必须外加地址锁存器，并由CPU发出的地址锁存器允许信号ALE的下降沿将地址信息锁存到锁存器中。单片机的P2口一般作为高位地址线及片选线，由于P2口输出具有锁存功能，故不必外加地址锁存器。

(6)数据存储器的选择：保存数据。

本装置由于采集数据的同时还要完成对电机的保护，还对采集的参数进行显示，系统采用了双微处理器进行工作，左边的微处理器将采集的现场大量数据保存在双口RAM IDT7132中，同时根据采集的数据与已经设置的初始参数进行比较完成对电机的保护。右边的微处理器从IDT 7132中获取数据进行显示和完成对变频器控制，IDT7132是8位双通道高速静态存储器，存储容量为2K字节。

(7)使用滤波电路：防干扰。

控制系统在工业现场使用时，大量的干扰源虽不能造成硬件系统的损坏，但常常使计算机系统不能正常运行，致使控制失灵，造成重大事故抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。

Claims (3)

1.一种油井智能终端系统，其特征是：主要由多路数据采集端口、模数转换器、微处理器、接近开关和监控系统终端组成；其中，由多路数据采集端口采集模拟信号，经过模数转换器信号送到微处理器系统，通过接近开关信号采集抽油机的下死点，在一个冲程内微处理器采集出功图数据，微处理器同时通过交流数采模块相连采集电参数，并将采集的数据保存，而一个微处理器根据采集的数据，经过接口实现对变频器频率的变化，最后在监控系统终端实时显示井口温度、井口回压、井口套压、示功图，电机的电压、电流、功率、功率因素、累计电度、电机温度等参数，供用户使用查看；同时另一个微处理器把采集的电压电流与初始设置的参数进行比较，如果采集的参数大于设置的参数，就进行过压过流及缺相停机保护。

2.根据权利要求1所述的油井智能终端系统，其特征是：通过CFBH系列荷重变送器采集模拟信号送到AD转换器MAX186，经过MAX186转换的数字信号送到左边的微处理器89C55WD，SBL-R18-8DNA接近开关信号采集抽油机的下死点，在一个冲程内微处理器采集出功图数据，微处理器同时通过RS485与STC-3交流数采模块相连采集电参数，并将采集的数据保存在双口RAM IDT7132中；右边的微处理器89C55WD根据双口RAM IDT7132采集的载荷值，经过RS485接口实现对变频器频率的变化，最后在监控系统终端显示器分三屏实时显示井口温度、井口回压、井口套压、示功图，电机的电压、电流、功率、功率因素、累计电度、电机温度等参数，供用户使用查看；同时左边的微处理器把采集的电压电流与初始设置的参数进行比较，如果采集的参数大于设置的参数，就进行过压过流及缺相停机保护。

3.根据权利要求1所述的油井智能终端系统，其特征是：所述的监控系统终端显示器为液晶显示器或CRT显示器的一种。

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